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數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)故障占機(jī)床總故障的比率較高。由于伺服系統(tǒng)涉及 的環(huán)節(jié)較多,加之種類繁多、技術(shù)原理各具特色,給維修診斷帶來困難,因此歸納一些故障 診斷方法很有必要。
數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的移動(dòng)定位是由位置伺服系統(tǒng)來完成的。位置伺服系 統(tǒng)一般采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制。(半)閉環(huán)控制的特點(diǎn)就是任一環(huán)節(jié)發(fā)生故障都可能導(dǎo)致系統(tǒng) 定位不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定或失效。診斷定位故障環(huán)節(jié)就成為維修的關(guān)鍵。根據(jù)伺服系統(tǒng)的控制原 理和系統(tǒng)接口的特性,對系統(tǒng)進(jìn)行分解判斷,已成為行之有效的方法。本文結(jié)合維修實(shí)例介 紹了位置環(huán)和速度環(huán)診斷方法。
位置環(huán)故障診斷
如果位置伺服系統(tǒng)的位置反饋和速度反饋各自采用一個(gè)反饋器件 ,可以斷開位置環(huán)的控制作用,讓速度環(huán)單獨(dú)運(yùn)行,以便判斷故障出自位置環(huán)還是速度環(huán)。
斷開位置環(huán)的控制作用,可以采用兩種方法:
機(jī)械斷開,即斷開位置反饋編碼器與伺 服電動(dòng)機(jī)之間的傳動(dòng)連接。
電氣斷開,即斷開位置反饋編碼器與系統(tǒng)的連接。如果需要 屏蔽位置反饋斷線報(bào)警,應(yīng)按下圖連接位置反饋輸入信號線。
在位置開環(huán)狀態(tài)下 進(jìn)行維修測試時(shí),不允許給被測試軸任何方式的移動(dòng)指令,否則將引起伺服電動(dòng)機(jī)失控。
例1 CK6140A數(shù)控車床出現(xiàn)鏜孔表面有振紋,在排 除機(jī)械和工裝因素后,對X軸伺服系統(tǒng)進(jìn)行檢查。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)為FANUC3T,伺服放大器 為FANUC H系列直流伺服。
觀察X軸在停止和慢速移動(dòng)時(shí)有不規(guī)則振動(dòng),初步判斷X軸位 置編碼器與絲杠連結(jié)有間隙或速度環(huán)不穩(wěn)定。檢查編碼器連軸節(jié)正常。由于X軸伺服系統(tǒng)有 兩個(gè)編碼器,分別用于位置反饋和速度反饋,可以將位置反饋編碼器與伺服電機(jī)之間的機(jī)械 連接斷開,以便作進(jìn)一步的判斷。
首先用支撐物支撐X軸滑臺,將X軸電動(dòng)機(jī)和絲杠的傳動(dòng) 皮帶拿掉。啟動(dòng)機(jī)床,X軸在位置開環(huán)狀態(tài)下運(yùn)行,在伺服放大器零漂的作用下電動(dòng)機(jī)慢速 轉(zhuǎn)動(dòng)(如果電動(dòng)機(jī)幾乎不轉(zhuǎn)動(dòng),可適當(dāng)調(diào)整控制板上偏置電位器RV2),此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到某 一固定角度,總有打頓現(xiàn)象。由此可以認(rèn)為速度環(huán)基本穩(wěn)定,這可能是由于整流子在某一角 度存在短路引起轉(zhuǎn)速瞬間跌落,從而造成電機(jī)打頓現(xiàn)象。仔細(xì)清掃電動(dòng)機(jī)整流子和電刷后, 電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。恢復(fù)系統(tǒng)連接,X軸恢復(fù)正常。
例2 [ST5BZ]CH-102數(shù)控車床Z軸移動(dòng)出現(xiàn)一沖一沖的現(xiàn)象,速度越快,過沖越嚴(yán)重。停止時(shí) 觀察伺服診斷畫面,Z軸跟蹤誤差穩(wěn)定,接近于零。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)為SIMENS 810GA2,伺服 系統(tǒng)為SIMENS 610。系統(tǒng)位置反饋和速度反饋各采用一只編碼器。
初步判斷為伺服放大器 超調(diào)或系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定不良。首先調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)MD2501(伺服增益)和MD2601(多種增益)無效。 為進(jìn)一步判斷,斷電拿掉Z軸位置反饋插頭。由于該機(jī)床CNC報(bào)警不影響伺服上電,故可 以不屏蔽反饋斷線報(bào)警。先用導(dǎo)線短接Z軸伺服驅(qū)動(dòng)使能控制端,再用一只1.5V電池經(jīng) 電位器分壓給Z軸伺服放大器速度指令端,加上大約0.5V電壓。機(jī)床上電,Z軸移動(dòng) 平穩(wěn),因此可以認(rèn)為故障發(fā)生在位置反饋環(huán)節(jié)。用手撥動(dòng)位置反饋編碼器,聯(lián)結(jié)無松動(dòng)、損 壞的感覺。交換X軸,Z軸位置反饋插頭及速度指令控制線,試機(jī)故障仍在Z軸。此時(shí)可以認(rèn) 為故障仍在Z軸位置反饋,拆下Z軸位置反饋編碼器,發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸節(jié)簧片上的一個(gè)螺釘已脫落。 修復(fù)后,試機(jī)故障消除。
如果位置反饋和速度反饋由一只反饋元件完成,位置反饋信號經(jīng) 轉(zhuǎn)換電路變?yōu)樗俣瓤刂菩盘?則要根據(jù)系統(tǒng)硬件具體特性和故障信息作出靈活判斷。
例3 CK6150A Z軸時(shí)有突然快速移動(dòng)失控的現(xiàn)象, 此時(shí)H系列直流伺服板上有TGLS報(bào)警。故障現(xiàn)象不穩(wěn)定,關(guān)機(jī)再上電可能又恢復(fù)正常。
T GLS報(bào)警的原因有:動(dòng)力線未接或接反；無速度反饋或正反饋；機(jī)械鎖死。
由于Z軸伺服電動(dòng)機(jī)速度反饋信號是由電動(dòng)機(jī)尾部位置反饋編碼器信號送入CNC主板,經(jīng)混合IC模塊F/V 轉(zhuǎn)換后獲得,而且系統(tǒng)始終無位置反饋報(bào)警,所以初步判斷是CNC至伺服放大器電纜和控制 板的接觸有問題。
檢查電纜和速度控制板正常。由于從故障發(fā)生到伺服保護(hù)關(guān)斷只有一兩 秒鐘,使用示波器或萬用表難以觀察到速度反饋信號的有無。進(jìn)一步分析,位置反饋編碼器 的信號電平正常,而A、B兩相信號不產(chǎn)生移動(dòng)變化,則會產(chǎn)生上述故障。于是就更換Z軸 位置編碼器,機(jī)床恢復(fù)正常。這可能是原來的編碼器光柵盤松動(dòng),與軸之間有相對位移或編 碼器內(nèi)光源二極管接近失效,造成A、B信號不變化。
